Bài tập lớn môn thiết bị tàu thủy - thiết kế cần cẩu Derrick

thiÕt kÕ m«n häc
m«n: thiÕt bÞ tµu thuû

Đề bài
Thiết kế cần cẩu Derrick đôi tàu hàng bách hóa , với các thông số kích thước như sau:
* Trọng tải

:

Pn = 5700 (T)

* Kích thước tàu

:

L x B x T = 90,36 x 17.17 x 6,35 (m)

* Hệ số béo thể tích

:

δ = 0,73

* Vùng hoạt động

:

Không hạn chế

MỤC LỤC

Đề bài........................................................................................................................1

1


1.Chọn trọng lượng mã cẩu......................................................................................3
2.Chọn tuyến hình tàu và phân khoang..................................................................3
2.1.Chọn tuyến hình tàu......................................................................................3
2.2.Phân khoang...................................................................................................3
2.2.1. Khoảng sườn. (điều 5.2)................................................................................3
2.2.2. Phân khoang, két............................................................................................4
2.2.3.Kích thước miệng khoang hàng....................................................................4
3. Xác định các kích thước cơ bản của Derrick.....................................................5
3.1. Góc nâng cần:...............................................................................................5
3.2. Khoảng cách từ cột cẩu đến miệng hầm hang............................................5
3.3. Khoảng cách giữa hai chân cần...................................................................5
3.4. Chiều cao chân cần tính từ sàn....................................................................5
3.5. Tầm với ngoài mạn.......................................................................................5
3.6. Chiều dài cần................................................................................................5
3.7. Vị trí giới hạn đầu cần.................................................................................6
3.8. Chiều cao cột tính từ chân cần đến điểm treo dây nâng cần.....................7
3.9. Xác định chiều cao cột cẩu...........................................................................7
4.1 Trọng lượng hàng...........................................................................................7
4.2 Trọng lượng cần.............................................................................................7
4.3 Vị trí tính toán của hệ cần...........................................................................7
4.4 Xác định lực trong hệ cần đôi.......................................................................8
5.Thiết kế kết cấu cần cẩu và cột cẩu...................................................................10
5.1 Vật liệu chế tạo cần, cột cẩu.......................................................................10
5.2.1. Xác định quy cách các dây.........................................................................10
5.2.2. Xác định tiết diện cần..................................................................................10

5.2.3. Thiết kế cần theo điều kiện ổn định ...........................................................10
5.2.4. Kiểm tra ổn định theo nén...........................................................................12
5.2.5. Kiểm tra cần theo điều kiện bền.................................................................12
5.3. Kết cấu tháp cẩu.........................................................................................14
5.3.1. Tính toán lực tác dụng lên tháp cẩu :........................................................14
5.3.2. Tính sơ bộ kích thước tháp cẩu..................................................................16
5.3.3. Kiểm tra bền tháp cẩu.................................................................................17
6.1. Chạc đuôi cần..............................................................................................23
6.2. Mã treo hàng đầu cần.................................................................................24
6.3. Cụm mã quay bắt dây nâng cần.................................................................25
6.4 .Gối đỡ cần :( lực nén cần P0 = 158 KN )..................................................28
6.5 . Móc treo hàng ...........................................................................................31
6.6.Puli nâng hàng đầu cần...............................................................................32
6.7.Mã quay cần.................................................................................................33
6.8.Tấm tam giác ..............................................................................................34
7.Tính truyền động................................................................................................34
7.1. Tời nâng hàng.............................................................................................34
7.2.Động cơ........................................................................................................35
7.3.Hộp giảm tốc................................................................................................36

2


1.Chọn trọng lượng mã cẩu.
Theo yêu cầu thiết kế ,trọng tải của tàu cần thiết kế là 5700 (T).Tra bảng STTBTT
tập 2, ta chọn Derrick đôi có sức nâng P = 3,2 T và số lượng là một Derrick đôi trên
mỗi miệng hầm.
2.Chọn tuyến hình tàu và phân khoang.
2.1.Chọn tuyến hình tàu.
Chọn tuyến hình tàu có kích thước :

Chiều dài tàu

:

L = 90,36 ( m ).

Chiều rộng tàu

:

B = 17,17 ( m ).

Chiều chìm tàu

:

T = 6,35 ( m ).

Hệ số béo thể tích

:

δ = 0,73.

2.2.Phân khoang.
2.2.1. Khoảng sườn.

(điều 5.2)

Yêu cầu :

• Khoảng sườn chuẩn

S = 2L+ 450 = 2*90,36+450=630,72 mm.

• Khoảng cách chuẩn của cơ cấu dọc 2L+ 550 = 2*90,36+550=730,72 mm.
• Khoảng sườn khoang mũi, khoang đuôi Sf và Sa ≤ 610 mm.
• Khoảng sườn trong đoạn cách đường vuông góc mũi 0,2L tới vách mũi ≤ 700 mm.
• Chọn khoảng sườn sai khác với khoảng sườn chuẩn không quá 250 mm.

Chọn khoảng sườn thoả mãn yêu cầu :
• Khoảng sườn khoang đuôi

Sa

=

600

mm.

• Khoảng sườn khoang mũi

Sf

=

600

mm.

• Khoảng sườn từ vách đuôi đến vách mũi

S

=

650

mm.

• Khoảng cách các cơ cấu dọc

a

=

(điều 11.1 và 11.2) Yêu cầu:

720

mm

3


2.2.2. Phân khoang, két.
• Vị trí vách chống va cách đường vuông góc mũi khoảng từ min(5%L f, 10m) tới

8%Lf ,(9,56m) .
• Khoảng cách từ vách đuôi đường vuông góc đuôi theo bố trí máy lái và két dằn lái.

• Theo bảng 2A/11.1:Số lượng vách ngang kín nước tối thiểu ứng chiều dài tàu L =

115,7 m có 6 vách.
• Chiều dài khoang máy chọn theo kích thước máy và tuyến hình ... theo kinh nghiệm

trong khoảng (12~15)%L .
• Chiều dài tối đa một khoang 30m và các khoang hàng có thể tích xấp xỉ nhau.
• Chiều cao đáy đôi h0 ≥

B
=17/16=1.0625 m.
16

• Chọn thoả mãn yêu cầu :

2.2.3.Kích thước miệng khoang hàng.
Kích thước miệng khoang hàng càng lớn càng tốt nhưng để đảm bảo ổn định và độ
bền dàn boong thì ta chọn như sau:
Chiều rộng không lớn hơn 0.7B = 12,019 (m).
Chọn chiều rộng là : Bk = 11.52 (m).
Chiều dài chọn là : Lk = 16.25 (m).
Như vậy ta có :

4


* Kích thước khoang hàng

: Lh x Bh = 22,75 x 17,17 (m).

* Kích thước miệng khoang hàng

: Lk x Bk x Hk = 17,5 x 12 x 1,2 (m).

3. Xác định các kích thước cơ bản của Derrick.
3.1. Góc nâng cần:
- Góc nâng cần : θmin = 15° , θmax = 60°.( ứng với cẩu nhẹ ).
- Góc nâng cần khi hoạt động: θ = (35 - 40)°.
-Góc quay cần α = 70o .
3.2. Khoảng cách từ cột cẩu đến miệng hầm hang.
Khoảng cách từ cột cẩu đến miệng hầm hàng : a = ( L h - Lk )/ 2 = 2,625 (m).
3.3. Khoảng cách giữa hai chân cần.
Với cần cẩu có cột cẩu kiểu một thân thì khoảng cách giữa hai chân cần thoả mãn
điều kiện: c ≤ ( 4,5 ÷ 5 ) (m).
Chọn khoảng cách giữa hai chân cần c = 4 (m).
3.4. Chiều cao chân cần tính từ sàn.
Chiều cao chân cần phải đảm bảo cho người đi lại phía dưới thuận tiện .
hc = (2,25 ÷ 2,5) ,m .
Chọn hc = 2,4 m.
3.5. Tầm với ngoài mạn.
Tầm với ngoài mạn phải đủ để xếp dỡ hàng lên cầu tàu. Trị số R o tối thiểu để xếp
dỡ hàng hoá lên cầu tàu là 2,0 ÷ 2,5 (m).
Chọn tầm với ngoài mạn là : R0 = 4 (m).
3.6. Chiều dài cần.
Chiều dài cần phải thoả mãn 2 điều kiện là bốc hết hàng trong khoang và đưa
hàng ra mạn :

l0 = max ( l01 , l02 ).

∗ Theo điều kiện bốc hết hàng trong khoang

l01.cosθmin.cosα1 ≥ a + 3/4 lk

(1)

Trong đó:
Lk = 16,25 (m) - chiều dài miệng khoang hàng.
a = 2,625 (m) - khoảng cách từ cột cẩu đến miệng hầm hàng.

5


θmin = 15o

- góc giới hạn dưới nâng hàng.

α1 : góc quay cần hầm.
O1 H ' 0,5( BK − C ) − 1
3
tgα1 =
=
=
= 0,1905.
'
HH
a + 3 / 4 LK
15, 75

⇒ α1 = 10,78o
⇒ l01.cosθmin cosα1 ≥ 15,75 (m).
⇔ l01 ≥ 15,75/(cos15o.cos10,78o) = 16,6 (m).

∗ Theo điều kiện đưa hàng ra mạn :
l02.cosθ.sinα2 ≥ R0 +Bh/ 2 - c/ 2
Trong đó :
θ = 40o - xét ở góc làm việc của cần.
α2

- góc quay cần mạn.

R0 = 4 (m) - tầm với ngoài mạn.
Bh = 17,5 (m) - chiều rộng khoang hàng.
c = 4 (m)
tgα 2 =

- khoảng cách giữa 2 chân cần.
O2 A 0,5( Bh − c) + R0 10,585
=
=
= 1,512.
MA
a + 1/ 4 LK
7

⇒ a2 = 56,52o
l02 ≥ (R0 +B/2 - c/2)/ cosθ.sinα2 = 16,57 (m).
l0 = max ( l01 , l02 ) = 16,6 (m).
Vậy ta chọn l0 = 17 (m).
3.7. Vị trí giới hạn đầu cần.
Khoảng cách thẳng đứng từ đầu cần mạn đến miệng hầm hàng phải không nhỏ
hơn 6 + 0,3W (m) .Trong đó W là khoảng cách giữa 2 đầu cần trên hình chiếu bằng,
theo hình vẽ ta có : W = 19,844 (m).

6


Ta có

h1 = (hc - hk) + l0sinθ = (2,4 - 1,2) + 17.sin40o = 12,127 (m).
6 + 0,3W = 11,95 (m).

Vậy vị trí giới hạn đầu cần thoả mãn điều kiện : h1 > 6 + 0,3W.
3.8. Chiều cao cột tính từ chân cần đến điểm treo dây nâng cần.
Đối với cần nhẹ tỷ số h/ lo = 0,8 ÷ 1,2 , ta chọn h/ lo = 0,8.
=> h = 0,8.18 = 13,6 (m).
3.9. Xác định chiều cao cột cẩu.
Chiều cao cột cẩu được xác định :
H = h + hc =13,6 + 2,4 = 16 (m).
Vậy cần cẩu Derrick đôi thiết kế có : Chiều dài cần lo = 17 (m).
Chiều cao cột cẩu H = 16 (m).
4.Tính toán ứng lực phát sinh trên cần và trong các dây.
4.1 Trọng lượng hàng.
Q = 3,2 (T) = 3200 (kG) = 31,392 (KN).
4.2 Trọng lượng cần.
P2 = Gc = 14P1/3(3,4.l0 - 16) = 1846,05 (kG) = 18,11 ( KN).
4.3 Vị trí tính toán của hệ cần.
Vị trí tính toán lực của hệ cần đôi xác định như sau :
*Trên hình chiếu bằng, đầu cần hầm H cách mép dọc miệng hầm hàng 2m và cách
mép ngang phía cột cẩu c/ 2 = 6,563 m ( c = 3/4L K = 13,125 m : chiều dài diện tích
phục vụ của hệ cần đôi ). Chân dây giằng K của cần hầm trên mạn giả thường đặt ở vị
trí KH ⊥ O2H để giảm lực trong hệ cần. Đầu cần mạn M cách mép ngang miệng hầm
hàng phía cột cẩu một đoạn c/3 = 4,375 m và cách mạn tàu chỗ rộng nhất một đoạn

bằng tầm với cần thiết R0 ≥ 4,0 m. Chân dây giằng L của cần mạn đặt ngang đường
chân cần O1O2.
* Sau khi vẽ hình chiếu bằng, các vị trí thật của cần, dây giằng, dây nâng hàng
trong các mặt phẳng vuông góc với mặt boong và chứa dây giằng cần, dây nâng hàng :
+ Vẽ hình chiếu đứng của cột AB.

7


+Từ tâm chốt đuôi cần O vẽ đoạn nằm ngang OH’= O 2H, qua H’ dựng đường
thẳng đứng, cung tròn tâm O bán kính l = 17m ( chiều dài cần ) cắt đường thẳng đứng
này tại H, đoạn OH là vị trí thật của cần hầm trong mặt phẳng cần. Đặt dọc mạn giả
đoạn H”K’ = HK (H” : chân đường thẳng đứng HH’ trên mạn giả ). Đoạn HK’ là vị trí
thật của dây giằng cần hầm trong mặt phẳng dây.Làm tương tự cho cần mạn.
+ Qua H, M trên hình chiếu đứng kẻ các đường nằm ngang, ta xác định được H 1,
M1 cách nhau một đoạn a đo được trên hình chiếu bằng. H 1, M1 là vị trí đầu cần trong
mặt phẳng dây treo hàng. Vẽ đường nằm ngang bb cách đỉnh mạn giả đoạn h’ > 6m
( do Q = 3,2T > 2T) .Vẽ cung tròn đi qua H 1, M1 và tiếp xúc với bb tại T. Điểm T là
điểm treo móc do 2 dây nâng hàng H 1T và M1T nối với nhau. Góc giữa 2 dây nâng
hàng y0 = H1TM1 ta xét cho trường hợp nguy hiểm nhất y0 = 120o . Khi đó khoảng
cách từ bb tới miệng hầm h’ = 10,516 m > 6m.
4.4 Xác định lực trong hệ cần đôi.
Ta xác định lực trong hệ cần đôi bằng phương pháp vẽ hoạ đồ lực ứng với 5 vị trí
treo móc trên cung tròn H1TM1 :
+Xét mặt phẳng (A-A) đi qua dây giằng hai đầu cần và vuông góc với mặt boong
: Tại vị trí treo móc vẽ trọng lượng hàng P = 3200 (kG) theo tỉ lệ xích 1mm ∼ 0,82
kN.
Dựa vào sơ đồ bố trí ta lần lượt xác định được

,

,

,

.

+Xét cần 1 (giả sử là cần mạn ) :
Xét mặt phẳng (B-B) là mặt phẳng đi qua điểm đầu cần 1 và song song với mặt
boong .Nếu gọi

là lực căng trên dây chằng mạn thì :
→

→

→

N 1 = N1 y + N 1z
→

→

→

→

Từ họa đồ mặt cắt (B-B) tính được N1y và Q y .Trong đó Q y là lực nén do N1y và
→

P1y nén lên mặt cắt (C-C).

8


+ Xét mặt cắt (D-D) đi qua dây chằng mạn và vuông góc với mặt boong.
→

→

Từ họa đồ này ta xác định được N 1 và N 1z .
+Xét mặt phẳng (C-C) đi qua cần và vuông góc với boong.
Lực nén thực vào cần, kể cả sức căng trong dây nâng hàng chạy dọc cần là :
−

P01 = P01 + k .P1

Với k : hệ số kéo của ròng rọc đầu cần : k = 1 + m , ta chọn dây cáp là cáp thép
chạy trong puli ổ trượt : m = 0,05 ⇒

k = 1,05.

Lực căng trong các dây và lực nén trong cần trong các trường hợp được ghi trong
các bản vẽ và được tổng hợp trong bảng sau (đơn vị KN) :

9


Lực nén P02 đạt cực đại tại vị trí tính toán 5 , ta lấy để tính chọn cần.
5.Thiết kế kết cấu cần cẩu và cột cẩu.

5.1 Vật liệu chế tạo cần, cột cẩu.
- Vật liệu chế tạo cần cẩu và cột cẩu là thép CT3c
- Giới hạn chẩy của vật liệu: sch = 2400 , KG/cm2
5.2 .Kết cấu của cần.
5.2.1. Xác định quy cách các dây.
Đường kính các loại dây cáp được chọn dựa trên cơ sở lực căng lớn nhất phát sinh
trong dây được ghi trong bảng trên với hệ số an toàn n = 5. Cáp được chọn là cáp thép
cấp N0.4 (6x24) - Bảng 7B /4.3 “QCVN 2010” :

5.2.2. Xác định tiết diện cần
Từ kết quả đo được ta thấy lực nén lớn nhất vào cần là P0 = 190,64 (KN)
Từ Po và l0 theo bảng 5.26 / 233- STTBTT ta chọn cần loại III . Cần gồm 1
đoạn ống trụ và 2 đoạn ống côn.
5.2.3. Thiết kế cần theo điều kiện ổn định .
- Lực nén tới hạn Ơle:
Pe = n.P0 (Với cần thép n = 5- hệ số an toàn ).
Vậy Pe = 5.190 = 950 (kN) = 80530 (kG).
- Mô men quán tính tiết diện cần
I=

n.Po µ 2 l 02
kE

l0 : Chiều dài cần (17 m).

10


E : Mô đun đàn hồi vật liệu làm cần ( E = 2.106 KG/ cm2 ).
= 1 hệ số liên kết 2 đầu cần.

k : hệ số phụ thuộc vào tỉ số I1/ I0 và l1/ l0
l1
= 0,4
l0

Ta có :

D/d = i = (30÷ 40) chọn i = 35
D1
πD12 i
F1/F = 0,7 = 2 ⇒
= 0,837
D0
πD0 i
I1
D1 4
= ( ) = 0,49
I0
D0

=> I = 12564 (cm4).
Tra bảng ta được k = 9,262 ( xác định bằng phương pháp nội suy ).
Đường kính sơ bộ phần trụ tròn : D =1,26

= 25,94 (cm).

* Từ đường kính D = 25,94 (cm) và lực nén dọc cần P max =190 (KN) ta chọn cần
có các thông số như sau :
Lực nén L

D

d

S

Khối lượng

(kN)
(m)
200

17

17,40 5,66

(kg)
Cần nặng

(mm)
5,72

377

245

8

7

7

8

1040

Chọn vật liệu làm cần là thép CT3 có tính hàn tốt và các giới hạn tiêu chuẩn sau :
Giới hạn chảy

:σch = 24 ( KG/ cm2)

Mô đun đàn hồi : E = 2.106 (KG/ cm2)
Đối với cần có sức nâng nhỏ hơn 10 T giới hạn bền cho phép là :
[σ] = 1100 (KG/ cm2 ) = 10,79 (KN/ cm2)

11


5.2.4. Kiểm tra ổn định theo nén.
Để tính ổn định theo nén ta coi cần như 1 thanh hình vành khăn có tiết diện không
đổi đường kính trung bình là :
Dtb = ( D + d ) / 2 = ( 377+245 )/ 2 = 311 (mm).
⇒ Đường kính trong Dt = 307 (mm).
Đường kính ngoài Dn = 315 (mm).
Diện tích mặt cắt ngang:
F = 76,11(
Khi đó điều kiện ổn định là :
σn = P/F ≤ [σ]od = σth/ Kod
Xác định độ mảnh của thanh :
λ = µ.l / imin

µ

: Hệ số phụ thuộc điều kiện liên kết 2 đầu cần (cần là 1 thanh chịu nén một

đầu là gối đỡ một đầu là liên kết tựa)
l

⇒ µ = 1.

: chiều dài cần ; l =17 (m )= 1700 (cm)

imin : Bán kính quán tính của mặt cắt = 0,353.Dtb = 10,98 (cm).
λ = 154,827 < 175 ( thoả mãn yêu cầu về độ mảnh đối với Derrick có lực nén lớn
hơn 20 kN - Bảng 5.9 STTBTT 2 ).
σth = Π2.E/ λ2 = 8,23 (kN/ cm2)
P = P0 ( lực nén dọc cần ) =190 (kN).
Kod : Hệ số an toàn ổn định, chọn Kod = 3 .
σn = 190/ 76,11 = 2,49 (kN/ cm2).
[σ]od = 8,23/ 3 = 2,74( kN/ cm2).
Vậy cần đủ điều kiện ổn định.
5.2.5. Kiểm tra cần theo điều kiện bền.
Ta coi cần như một dầm tựa trên 2 gối tự do chịu các tải trọng: Mô men uốn do
trọng lượng bản thân

, chịu nén do lực nén dọc cần

đặt lệch tâm.

12

, chịu uốn và xoắn do lực


-Dưới tác dụng của p cần có mômen uốn lớn nhất tại giữa của nhịp có trị số :
q.l02
m=
= 4123, 07 (kN.cm).
c

Trong đó: c = 7.5 do cần có tiết diện thay đổi trên suốt chiều dài.
q : Tải trọng bản thân,

.

-Mô men uốn do lực Po đặt lệch tâm gây ra
Trong đó: e _ Khoảng cách từ điểm đặt

đến đường tâm trục của cần.

Ta có :
Tại trạng thái làm việc thứ 5 :
Góc giữa

và cần hầm

:53

độ

0,925 rad giá trị của

= 47,58 kN

Góc giữa

và cần hầm

:61

độ

1,064 rad giá trị của

= 24,67 kN

Góc giữa

và cần hầm

:36

độ

0,628 rad

giá trị của

Góc giữa

và cần hầm

:56

độ

0,977 rad

giá trị của

Góc giữa

và cần hầm

:36

độ

0,628 rad

giá trị của

= 24,45

kN
= 23,70 kN
= 60,96

kN
*
Từ P=200 kN tra bảng 5.28 (STTBTT-T2) ta có : A = 420

e1 = e2 =

A
= 210
2

P01 = S1.sin 53o = 28, 7
P02 = P1 y .cos61o.cos56o + P1z .sin 56o = 26,96

Po.e = P01.e1 − P02 .e2 = −196,9

*

(kN.cm).Ta

có

(STTBTT_T2) ta có e = 50 (mm).

13

(kN)

tra

bảng

5.31.

(mm).
.
*

(kN.cm).

Ứng suất lớn nhất tại mặt cắt giữa dầm do uốn nén và xoắn đồng thời gây ra :

Vậy cần thiết kế thỏa mãn điều kiện bền.
Trong đó :

(kN).

F=

W0 =

πD 2
4

(1 − η )

πD 3
32

2

(1 − η )
4

= 92,69 (cm2).

= 837,3 (cm3).

5.3. Kết cấu tháp cẩu.
5.3.1. Tính toán lực tác dụng lên tháp cẩu :
Ngoại lực của 1 cần làm việc đơn tác dụng lên tháp cẩu gồm có :
* Lực T của palăng nâng cần tác dụng lên cụm ròng rọc đầu cột
* Lực nén dọc cần P0 tác dụng vào gối đỡ cần
* Sức căng dây hàng chạy dọc cần e 1
A

Ta

β

* Sức căng dây hàng vào tời S’’

T

* Sức căng trong nhánh dây nâng cần chạy dọc cột T1
T1

h

Qa

e2

ho

C

α
Tt

ε

hc

Tc

Trôc cÇn

Po - S'

Qc Qt
14B

S"
MÆt boong trªn


Độ lớn của các lực được xác định bằng phương pháp vẽ hoạ đồ lực tại các góc
nâng cần θmin = 15° , θmax = 60° và được ghi trong các bảng ở trang sau.
Từ kết quả đo ta thấy lực tác dụng vào cần lớn nhất khi góc nâng cần nhỏ nhất.
*Lực căng tại đầu cần :

(kN).
P

'
*Sức căng trong dây nâng hàng : S = η = 33, 044 (kN).
pl

Truyền đông cáp η pl = 0,95 .
''
*Sức căng trong dây hàng vào tời : S =

S'
= 34, 78 (kN).
η pl

Quá trình tính toán được thể ở bảng sau :

STT
1
2
3
4
5
6
7
8

Đại lượng tính
toán
Pm

S

'

H

P0

S ''
Rc
H1
RT

Đơn vị

15o

60o

kN
kN
kN
kN
kN
kN
kN
kN

40,447
33,044
56,01

83,625
34,78
58,74
58,96
95,39

40,447
33,044
25,52
83,535
34,78
41,31
26,86
33,65

15


Các lực này được phân thành các lực theo phương ngang T a , Tc ,Tt và các lực theo
phương thẳng đứng Qa , Qc , Qt.
*Các lực đó được tính theo công thức :
Ta = Tc = ( P0 - S’ ).cosα =

48,86 (KN)

Qa = T.sinβ + T1

=

86,1

Qc = ( P0 - S’ ).sinα

=

13,8 (KN)

Tt = Qt = 0,707.S”

=

24,59 (KN)

(KN)

Trong đó : α =15o : góc nghiêng cần.
β = 29o: góc nghiêng của dây nâng cần.
5.3.2. Tính sơ bộ kích thước tháp cẩu.
- Ta chọn tháp cẩu là 2 cột tiết diện tròn không đổi trên suốt chiều dài cột và xà
ngang đỉnh cột là một dầm hộp có mặt cắt ngang là hình chữ nhật.
* Theo điều kiện bền :
Wc = 0,785.D2.S ≥ 10.ΣQ.l = 5336,64.
Trong đó :
Wc - Mô men chống uốn mặt cắt cột (cm3).
D - Đường kính trung bình cột (cm).
S - Chiều dày cột (cm).
ΣQ.l - Tích của sức căng và chiều dài cần.
Q = 31,392 kN - Trọng lượng hàng (kN).
l = 17 - Chiều dài cần (m) .
*Theo điều kiên cứng.

L2
Ic=0,393.D .S ≥ 24
h
3

∑ Ql

= 24,11.104 (cm4).

Trong đó :
h = 13,6 (m) - Khoảng cách từ gối đuôi cần tới điểm treo palăng nâng
cần trên đỉnh cột .
L = 16 (m) - Khoảng cách từ gối trên của cột đến điểm treo palăng nâng
cần trên đỉnh cột.

16


-Thông thường: D = (50 ÷ 80 ).S , chọn D = 50S thay vào điều kiện bền và điều
kiện cứng ta có : 1962,5.S3 ≥ 5336,64.
49125S4 ≥ 24,11.104 .
⇒

S ≥ 1,3958 ( cm ).
S ≥ 1,4884 ( cm ).
Vậy ta chọn S = 1,5 ( cm ) => Dn = 75 (cm ).
* Đường kính trong: Dt = Dn - 2.S = 720 (mm).
* Diện tích mặt cắt ngang của cột:
π .Dn2
A=

(1 − η 2 ) = 346, 2(cm 2 ) .
4

*Mô men quán tính cột:
Ix = I y =

π .Dn4
(1 − η 4 ) = 233870(cm 4 ).
64

*Mô men chống uốn :
Wx = Wy =

2.I x
= 6236,5(cm3 ).
Dn

*Mô men chống xoắn :
π .Dn3
Wρ =
(1 − η 4 ) = 12473(cm3 ).
16

* Bán kính quán tính:
rx = ry = 0,353.D = 26,48 (cm)
Tại chỗ cột đi qua boong chiều dày cột tăng (20 ÷30)% vậy S1=(1,2÷1,3)S =
(18÷19,5) chọn S1 =18 (mm).
Với các thông số kích thước như trên cột cẩu thoả mãn điều kiện bền và điều kiện
cứng.
5.3.3. Kiểm tra bền tháp cẩu.

* Tính các hệ số :
Cột được hàn vào vách ngang của tàu :
C1 =

3L
= 0,45
6 L + k .i

17


3L + k .i
= 0,55
6 L + k .i

C2 =
Với :

L = 16 (m) : chiều cao từ mặt boong trên đến đỉnh tháp cẩu.
k = Ic/Ix = 10,97.
Ic = 23,39.104 (cm4) : mômen quán tính cột .
Ix = I’x = 2,133.104 ,(cm4) :mômen quán tính xà ngang tính với các trục

chính tâm vuông góc với mặt phẳng tháp cẩu .
* Tính các hệ số ρ, ϕa , ϕM , ϕN :
Cột được hàn vào vách ngang (coi cột bị ngàm tại boong trên) và mặt cắt không
đổi.
⇒ ρ = 0,5 ; ϕa = ϕ’a =1,0 ; ϕM = ϕ’M =3,0 ; ϕN = ϕ’N =1,5 .
* Tính các hệ số :
η Ma

hc
ϕ'N
6L
=
= 0,315
h
ρ (ϕ ' M −ϕ ' N ) − c ϕ ' M
6L

η Ca

ρ
h 
= −3. c 
=- 0,014
 L  η Maϕ ' M +ϕ ' N

δ =

E.I T
= 0,04
G.I 0

ρ (ϕ ' N −ϕ ' a ) −

2

Với : E = 2.106 KG/cm2 : môđun đàn hồi kéo nén .
G = 8.105 (KG/cm2 ) : môđun đàn hồi trượt của vật liệu .

IT = Iz’ = 7467 (cm4) mômen quán tính của xà ngang ứng với trục hình tâm
thẳng 46,774.104 (cm4) mômen quán tính cực của cột .
* Tính các lực thành phần phân phối giữa 2 cột theo hướng dọc tàu :
Ta " =

2.Ta .L3
= 32,6 (KN).
3
2
3.L + 6.k .δ .L.i

Ta’ = Ta - Ta” = 16,29 (KN).
* Tính các mômen uốn và lực nén khi tháp bị uốn trong mặt phẳng tháp do 1 cần
đặt vươn ra mạn gây ra :
MAy = - 0,5.Ta.L.C1 + Tc.L.hCa.hMa = - 178,79 (kN.m).

18


M Cy





T .L.C 2
hc
1 −
 + Tc .η Ca (η Ma .L − h) = 47,507 (kN.m).
= a

C
2 
1 
 L(1 − C ) 
2 


M By =

Ta .L.C 2
= 105,61 (kN.m).
+ Tc .L.ηCa (η Ma − 1) − Tc .hc
2

M Dy =

Ta .L.C1 Tc .L.ηCa
= 176,37 (kN.m).
+
(C1 − 2.η Ma )
2
2

1
M Ey = − (Ta + ηCa .Tc ) L.C 2 = -212,5 (kN.m).
2

M Ky = M Dy .

hc

h = -154,17 (kN.m).
+ M Ey .(1 − c )
L
L

NAy = Qa + 0,5.Gx = 87,58 (kN).
N Cy =

M By − M Cy
i

−

Ta .L
= -599,8 (kN).
+ Qa + q.h + 0,5G x
i

NBy = NCy + Qc + Qt + q.hc = 91,58 (kN).
NEy = q.L = 42,66 (kN).
Với :

Gx = A’.l. γ = 301 (kg) = 2,96 (kN): trọng lượng xà ngang.
l = 4 (m) : chiều dài xà ngang
γ = 7,85 ,(T/m3)
q = Gb /L = A.γ = 2,67 (kN/m) : trọng lượng 1 m cột .

* Tính nội lực của tháp bị uốn theo hướng dọc tàu do 1 cần đặt dọc tàu gây ra :
MAx = Qa.e = 51,23 (kN.m).
MCx = Ta’.h + Qa.e = 272,73 (kN.m).

MBx = Ta’.L + (Tt-Tc).hc + (Qa + Qt).e = 268,2 (kN.m).
M 0 = T "a .i (1 −

i
) = 22,642 (kN.m).
2.(i + δ .L)

MEx = Ta” . L = 521,17 (kN.m).
MKx = Ta”.h = 442,99 (kN.m).
M’xn = M0 = 22,642 (kN.m).

19


M”xn = T’a.i-M0 = -6,356 (kNm).
NAx = Qa + 0,5Gx = 87,58 (kN).
NCx = Qa + qh + 0,5Gx = 123,84 (KN).
NBx = Qa + Qc + Qt + qL+0.5Gx = 167,91 (kN).
Với lực tác dụng vào đỉnh cột R T =95,39 (KN) dựa vào bảng 5.34 STTBTTtập II
ta có:
e = Dn/2 + A +A1 = 0,6 (m)
* Mômen uốn và lực nén tác dụng lên các cột :

20


21


* Kiểm tra bền theo thuyết bền 3 :

σtd = ( σ2 + 4.τ2 )1/2 ≤ [ σ ]
Trong đó : σ = Mu/ Wu + N/ F và τ =M”z/ Wρ
Ta thấy khi cần hoạt động thì trị số ứng suất lớn nhất phát sinh trên cột có 1 cần
vươn ra mạn và tại gối đỡ trên của tháp.
Có : Mu =

2

M ' ' x +M ' ' y

2

= 789,4 (kN.m) .

σ = Mu/Wu + N”/A = 789,4.102/ 6236,5 – 87,58/ 346,2 = 12,66 (kN/ cm2)
τ = M’Z/ Wρ = 22,624.102/12476 = 0,186 (kN/ cm2)
Vậy:

σtđ = 6,75 kN/ cm2

< 0,5.σch = 12 (kN/ cm2)

Cột thoả mãn điều kiện bền.
* Mômen uốn và lực nén tác dụng lên thanh xà ngang :
Xà bị uốn trong mặt phẳng tháp bởi mômen M Ay và MDy, bị uốn trong mặt phẳng
vuông góc với tháp bởi mômen M’xn và M’’xn , bị xoắn bởi mômen M Ax .
Tại chỗ nối với cột có 1 cần đặt dọc tàu :
M x = M xn'' = 22, 642 (kN.m)
M y = M Dy = 176,37(kN .m)
M z = M ax = 51, 23( kN .m)

Tại chỗ nối với cột có 1 cần vươn ra mạn :
M x = M xn'' = −6,356(kN .m)
M y = M Ay = 87,58(kN .m)
M z = M ax = 51, 23( kN .m)

Khi cần hoạt động thì trị số ứng suất lớn nhất phát sinh trên xà ngang là tại chỗ nối
với cột có 1 cần đặt dọc tàu :
σ=

Mx My
+
= 11,13(kN / cm 2 )
Wx Wz

τ=

M Ax
= 1,921( kN / cm 2 )
Wρ

22


* Kiểm tra bền theo thuyết bền 3(cho xà ngang):
2
σ td = σ 2 + 4.τ 2 = 11,8 < 0,5.σ ch = 12( kN / cm ) .

Vậy xà ngang thoả mãn điều kiện bền.
6.Tính chọn và nghiệm bền các thiết bị khác của hệ cần cẩu-cột cẩu.

6.1. Chạc đuôi cần.
Chạc đuôi cần được chọn theo ΓOCT 8834 - 58 . Lực nén cần = 158 kN.
Vậy ta chọn chạc loại b có các thông số như sau :
Lực nén cần

C

R

S

S1

S2

( mm )
( KN )
200
90
72
42
12
30
Chọn vật liệu chế tạo chạc đuôi cần là thép cacbon M 18a .

a

d

200

245

* Kiểm tra bền.
Theo điều kiện chịu dập :
sd =

P0
= 3,38(KN/cm2)< [σ] = 0,6 [σT] =14,4 ( KN/ cm2)
2S .d1

Vậy chạc đuôi cần đủ bền .

23


200

R72

10

φ72

60

φ245

42

90

ch¹c ®u«i cÇn
TØ lÖ 1:5

6.2. Mã treo hàng đầu cần.
a)Kích thước mã treo hàng đầu cần được xác định theo lực nén cần , với lực nén = 158
kN ta chọn cần có qui cách như sau :
d = 245
A = 420

B

b

b1

d1

R

R1

(mm )

(mm)

(mm)

( mm)

(mm)

( mm)

262

132

65

68

60

90

r

l

( mm ) (mm) ( mm )
30

155

b) Kiểm tra mã treo hàng :
Lực tác dụng :
S

S’ = η = 36,02/ 0.95 =37,916 (kN).
pl
Kiểm tra điều kiện chịu cắt :
S'

τ = (R 1 − r) 2 = 1,2 (kN/cm2) < [τ] = 0,4[ σ T ] = 9,6(kN/cm2)
π

4

c)Kiểm tra mã nâng cần ở đầu cần :
Lực tác dụng : H = 47,85 (kN).
Kiểm tra theo điều kiện chịu cắt :

24

S
60


H

t=

S(R −

d 1 = 1,52(KN/cm2) < [τ] = 9,6(KN/cm2)
)
2

Vậy mã treo hàng đã chọn thoả mãn điệu kiện bền.
53

φ68

405

55

116

φ245

R60

226

R28
30

R81

R81

74

M· treo hµng ®Çu cÇn
TØ lÖ 1:5

6.3. Cụm mã quay bắt dây nâng cần.

Cụm mã quay bắt dây nâng cần được hàn lên đỉnh tháp đã lắp cụm ròng rọc của
palăng nâng cần để đổi hướng dây nâng cần . Lực tác dụng vào cụm mã được tính theo
phương pháp vẽ hoạ đồ lực RT = 95,39 (kN).

25